Essai de choc mécanique et mesure de choc

Qu'est-ce qu'un essai de résistance aux chocs mécaniques ?

Les essais de chocs mécaniques consistent à soumettre un produit à une accélération transitoire contrôlée et à mesurer sa réaction. L'objectif est la qualification : démontrer qu'un composant résiste aux chocs auxquels il sera soumis en service, ou déterminer le niveau à partir duquel il ne résiste plus.

Il s'agit davantage d'un complément aux essais de vibration que d'une variante de ceux-ci. Les vibrations sont continues et répétitives, et les dommages s'accumulent au fil des heures d'exposition. Un choc, en revanche, est un événement ponctuel et transitoire, et les dommages surviennent en quelques millisecondes. Les programmes d’essais de chocs et de vibrations comprennent généralement les deux types d’essais, car un produit peut réussir l’un et échouer à l’autre — mais les exigences de mesure sont différentes. Les essais de vibrations requièrent une plage dynamique sur de longues durées d’enregistrement ; les essais de chocs exigent une bande passante et une marge dynamique dans une fenêtre de quelques millisecondes.

Impulsions de choc classiques

Les essais de choc les plus simples utilisent une forme d'impulsion définie : une demi-sinusoïde, une haversine, une impulsion en dents de scie à pic terminal ou une impulsion trapézoïdale, spécifiée par un niveau de g de crête sur une durée donnée en millisecondes. Une impulsion de choc classique est reproductible, facile à définir et à vérifier, ce qui explique pourquoi la plupart des normes relatives aux équipements s'appuient sur ce type d'impulsion. Une impulsion de choc demi-sinusoïdale de 50 g pendant 11 ms constitue une exigence typique en matière de chute lors du transport.

Transitoires complexes

Le choc pyrotechnique, le choc balistique et l'explosion sous-marine ne peuvent pas être décrits sous la forme d'une impulsion. Ils sont caractérisés par une réponse structurelle à haute fréquence, varient à chaque fois, et deux événements présentant la même valeur de g maximale peuvent causer des dégâts totalement différents. Ceux-ci sont définis comme un spectre de réponse aux chocs au lieu de cela — une courbe représentant le potentiel de dommages en fonction de la fréquence, plutôt qu’un simple chiffre.

Ce que l'on mesure lors d'un essai de choc

• Accélération Il s'agit de la mesure principale, effectuée à l'aide d'accéléromètres fixés aux points d'entrée de la vibration dans la structure et au niveau des composants qui vous intéressent. Le montage revêt ici une importance bien plus grande que dans tout autre essai dynamique : une résonance au niveau du support se traduit par un signal, et une fois que celui-ci figure dans les données, il est impossible de l'éliminer.

• Pression Elle est mesurée parallèlement à l'accélération dans le cadre des chocs dus à une explosion, des chocs balistiques et des chocs sous-marins, où le mécanisme de charge est l'onde de pression plutôt qu'un contact mécanique.

• Contrainte et force montrent comment la secousse se propage dans la structure et permettent d'établir un lien entre un événement mesuré et une analyse de fatigue ou de rupture.

• Vidéo à haute vitesse, en corrélation avec les données, c'est ce qui permet de transformer un résultat inattendu en une explication : une fixation qui glisse, un câble qui fouette, un composant qui entre en contact avec quelque chose avec lequel il ne devrait pas.

Tous ces éléments sont enregistrés selon une base temporelle unique dans les systèmes Dewesoft, ce qui permet d'affirmer qu'un pic de déformation, une image vidéo et un pic d'accélération correspondent à un même instant.

Matériel d'essais de résistance aux chocs

Acquisition de données à haute vitesse pour les chocs à haute fréquence

SIRIUS® XHS couvre les transitoires les plus rapides — chocs pyrotechniques, événements balistiques, déflagrations — dont l’énergie dépasse largement la bande passante des systèmes d’acquisition de données (DAQ) classiques. Il échantillonne jusqu’à 15 MS/s par canal avec une bande passante allant jusqu’à 5 MHz, et son HybridADC vous offre un choix pour chaque mesure : un mode à large bande passante lorsque le pic est déterminant, ou une acquisition sans alias jusqu’à 2 MS/s lorsque vous avez besoin de la plage dynamique pour résoudre une petite réponse superposée à un événement de grande ampleur.

SIRIUS® XR Il s'agit du même système frontal à grande échelle. Les programmes de tests de chocs de grande envergure nécessitent rarement une bande passante extrême sur chaque canal : seuls quelques points situés directement sur la trajectoire du choc ont besoin de toute la puissance que le XHS peut offrir, tandis que les capteurs de déformation, de pression et les accéléromètres secondaires fonctionnent parfaitement à des fréquences plus faibles. Le XR combine des modules XHS et SIRIUS® X dans un seul rack 19 pouces : jusqu’à 288 canaux analogiques dans le XR9, dont jusqu’à 72 peuvent être des canaux XHS haute vitesse, et jusqu’à 160 dans le XR5. Les deux types de canaux partagent une même base de temps au lieu de fonctionner comme deux systèmes qu’il faudrait aligner par la suite, et les racks peuvent être connectés en série ou en étoile lorsqu’un seul ne suffit pas.

Le châssis XR est lui-même conçu pour supporter des chocs de 75 g — une information utile lorsque le système d'acquisition de données (DAQ) est installé sur la structure testée ou à proximité de celle-ci, plutôt qu'à une distance sûre, de l'autre côté de la pièce.

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Systèmes modulaires pour programmes d'entraînement aux chocs mixtes

SIRIUS® Modulaire et SIRIUS® Mini gérer les essais de chute, de choc et de transport qui constituent l'essentiel des travaux liés aux chocs, avec le conditionnement des charges et des capteurs IEPE sur le même châssis que celui utilisé pour les déformations, la pression et la tension. Le nombre de canaux peut varier de quelques-uns à plusieurs centaines sans modification du logiciel.

Systèmes distribués pour les grandes structures

Les chocs subis par une structure de grande taille — un fuselage à taille réelle, une section de navire, un pont, un lanceur — s'étendent sur des dizaines de mètres. L'utilisation de câbles analogiques reliant chaque accéléromètre à un rack central implique de longues distances, la captation de bruits parasites sur ces trajets et une grande quantité de cuivre.

SIRIUS® X et IOLITE® X Placez plutôt le numériseur à côté du capteur. Les appareils sont reliés en série via un seul câble Ethernet qui achemine à la fois l'alimentation, les données et la synchronisation, grâce à la technologie PoE et à la synchronisation PTPv2. Ainsi, un seul câble quitte la zone de mesure, au lieu de plusieurs centaines. Le SIRIUS X prend en charge jusqu’à 32 entrées analogiques par appareil, avec un convertisseur delta-sigma 24 bits et un filtre anti-aliasing sur chaque entrée. L’IOLITE X est dépourvu de ventilateur et fonctionne à des températures comprises entre −40 °C et +70 °C.

La synchronisation étant transmise avec les données, les canaux situés aux extrémités opposées de la structure restent synchronisés sur une même base temporelle — ce qui permet de suivre la propagation d'une onde de choc à travers une structure, plutôt que de se contenter d'enregistrer séparément son arrivée à chaque point.

Mesure robuste et décentralisée

KRYPTON® Les modules sont certifiés IP67 et sont installés directement sur l'échantillon d'essai plutôt que dans un rack — sur un véhicule, sur un banc d'essai, à l'extérieur, exposés aux intempéries.

SIRIUS® Imperméable va encore plus loin pour les environnements soumis aux chocs les plus violents : indice de protection IP67, plage de fonctionnement de −40 °C à +60 °C, et capacité à résister à des chocs de 100 g et à des vibrations de 100 g, avec un taux d’échantillonnage de 200 kHz par canal. Les signaux de tension, IEPE, à pont, RTD et de résistance sont pris en charge nativement, tandis que les signaux de charge, de thermocouple, de courant et LVDT sont disponibles via des adaptateurs DSI. Lorsque la mesure s'effectue dans le froid, la poussière, la boue ou sous la pluie — ou lorsque le système d'acquisition de données (DAQ) est lui-même exposé aux chocs qu'il mesure —, c'est celui-ci qui résiste.

Vidéo synchronisée pour les essais de choc

Une mesure de choc vous indique ce qui s'est passé. Une vidéo vous montre pourquoi — un élément de fixation qui glisse, un câble qui fouette, un composant qui entre en contact avec quelque chose qu’il ne devrait pas. Dewesoft intègre les images des caméras dans le même système d’acquisition que les données ; ainsi, les images et les échantillons partagent une même base de temps, ce qui vous permet de faire défiler simultanément la vidéo et la courbe SRS.

Vidéo à haute vitesse

DS-CAM, la gamme de caméras GigE Vision développée par Dewesoft, enregistre à une résolution de 2 048 × 1 536 pixels à 37 images par seconde, avec des fréquences d'images pouvant atteindre 6 400 images par seconde à une résolution réduite. Des versions couleur et monochromes sont disponibles, toutes deux équipées d’un obturateur global. Plusieurs caméras DS-CAM se synchronisent entre elles via un commutateur compatible PTP.

Pour les épreuves les plus rapides, Photron et Phantom Les caméras ultra-rapides se connectent via des plug-ins dédiés, atteignant des milliers, voire des millions d'images par seconde selon la résolution, et restent parfaitement synchronisées avec les canaux analogiques et numériques de DewesoftX.

Vidéo standard

Pour une analyse contextuelle plutôt que pour l'analyse d'événements, DS-CAM à des fréquences d'images standard ou pratiquement n'importe quelle webcam compatible DirectX permettra d'enregistrer en parallèle des données. La synchronisation de la webcam est assurée par un logiciel et offre une précision d'environ 10 ms — ce qui est suffisant pour documenter un montage d'essai ou une action de l'opérateur, mais pas pour analyser un événement qui ne dure que quelques millisecondes.

Imagerie thermique

Caméras thermiques infrarouges OPTRIS les intégrer dans la même acquisition, en ajoutant la température de surface à l'enregistrement. La synchronisation, assurée par un logiciel, est de l'ordre de 100 ms ; la vidéo thermique permet donc de documenter l'état thermique autour d'un essai plutôt que l'événement de choc lui-même — ce qui s'avère utile lorsque les essais de choc sont associés à un conditionnement thermique, ou lorsqu'un composant s'échauffe sous l'effet d'impacts répétés.

Choisir un appareil photo résistant aux chocs : Un événement de choc ne dure que quelques millisecondes ; par conséquent, seules les options synchronisées au niveau matériel — DS-CAM, Photron, Phantom — permettent de le repérer avec une précision à l'image près par rapport aux données. La synchronisation par webcam et par caméra thermique, respectivement d'environ 10 ms et 100 ms, sert à fournir un contexte autour du test.

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Le rôle de Dewesoft dans un essai de choc

Dewesoft propose le mesure et analyse en matière d'essais de choc : acquisition des données, calcul du SRS et génération du rapport de résultats. Dewesoft ne fournit ni machines de choc, ni tours de chute, ni contrôleurs de vibrateurs, et ne pilote pas de vibrateur pour reproduire un profil de choc synthétisé.

Concrètement, cela signifie que les systèmes Dewesoft s'utilisent en complément de n'importe quelle machine à chocs, tour de chute ou banc d'essai dont vous disposez déjà — ils mesurent ce qui s'est réellement passé sur l'échantillon testé, indépendamment du contrôleur qui commande la table. Pour les chocs de chute, les chocs pyrotechniques, les chocs balistiques, les chocs d'explosion et les chocs de transport, où il n'y a aucun contrôleur, le système Dewesoft constitue la chaîne de mesure complète.